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工业上反应器的逗留时间分布与函数测定


实验室k / 2019-02-15

逗留时间分布——反应器特性的要素

       为了把给定的原料转化成一定的产物,连续搅拌釜式反应器的容积可能比管式反应器的容积大得多,一个重要的理由是短路作用。由于这个原因,一部分进料在反应器中花费的时间比在连续搅拌反应器中的平均逗留时间短。对生产的产品来说,通常这种影响并不能靠那部分逗留时间比平均逗留时间长的分子来弥补。在任何反应器中,逗留时间分布多数是有害的,因为这种情况下反应器比按定义规定为没有逗留时间分布的活塞流反应器要大些。

       换句话说,已知体积为V,处理进料流量为v(单位时间的体积)的反应器性能,并不能完全由V、v进料组成和反应速度常数来决定。已经讨论过的两种简单的极限情况——活塞流反应器和连续搅拌釜式反应器,它们的设计计算是简单的。然而一般反应器并不具有这两种极限情况的特征。接下来将证明如何应用逗留时间的测定技术以估计任一反应器的性能。

       这种方法可以有两种用途。第一,它们可用来合理而精确地预估那些不能近似地用前述的两种极限情况来处理的反应器性能。第二,它们能够更精确地确定那些虽被设计成近似于活塞流反应器或连续搅拌釜式反应器,但在实际上与这种性能还有一定程度偏离的反应器性能。

       近年来,围绕着这个课题的文献大量地增加。幸而,对实践上也许要采用这种结果的人们来说,这些研究工作的结论可以十分简明地描述。在这个领域内已经提出了许多有意义的论述,并且在杂志上发表了许多文章,但是在这里不可能作详细的评论。对这个课题有兴趣作进一步研究的,可参考有关文献。

工业上逗留时间函数的测定

       逗留时间分布的测定技术如今已普遍地应用于工业生产,但这种研究结果也许只有局部意义,且在文献资料中报道也相当少。一些有意义的文献印报道了三个催化裂化装置的逗留时间研究。氦气可作为气体流动的示踪物。放射性示踪物可用于催化剂颗粒的示踪,它从反应器到再生器,再从再生器回到反应器,往返循环流动。文献中的两个催化裂化装置的性能相当接近于三个循环着的完全混和器,而第三个装置则能较好地符合于两个完全混和器和一个活塞流汽提塔三者循环流动的组合模型。

       有时要从设备排出物中测量示踪物残存的痕量是很困难的,这时E曲线有一条长“尾巴”。这种现象也许不会太严重,因为这些残存的示踪物,不致多到足以影响平均逗留时间的估算(具有容许准确程度)。但有时对示踪物的物料衡算比较差,且有迹象表明,有相当数量的示踪物滞留在设备中很长时间,并且这些时间也无法精确知道。因此这种长“尾巴”使平均逗留时间的计算不能正确。在系统中有很大“死角”的极端情况下,表观平均逗留时间可能会小得多。熟知的一个例子是一个制备玻璃的装置,其中高粘度的熔融体很快地流经装置的狭窄的炽热区,而有将近3/4的熔融体体积被较冷的和高粘度的物料所占据,而这些物料只是极缓慢地移动着。再其次一个例子是对喷雾干燥器测定。

       然而,尽管有种种困难,可是逗留时间分布的测定,对经过某一化学装置的运动特性能提供很多有价值的数据。在生产装置内部的总物料量通常是难以精确测定的,可是如果通过设备的流量为已知,则由平均逗留时间的计算就有可能计算物料总量。逗留时间在平均值周围的分布,常常可用来表征设备的性能。


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